Ursprung der Solid-State-Laufwerke

Während viele Verbraucher gerade erst auf Solid-State-Laufwerke aufmerksam werden, reichen die Ursprünge von SSDs fast 60 Jahre zurück. Die SSD wurde in den 1950er Jahren geboren, als Ingenieure an der Weiterentwicklung von Speichersystemen arbeiteten. Zwei Technologien, Charged Capacitor Read Only Storage (CCROS) und Core Memory, wurden etwa zur gleichen Zeit entwickelt und dienten als Grundlage für die SSDs, die wir heute kennen.

IBM begann in den 1920er Jahren mit einem Schwerpunkt auf „Geschäftsmaschinen“. Damals handelte es sich dabei um mechanische Maschinen, genauer gesagt um Maschinen mit Motorunterstützung. So entstanden elektrische Schreibmaschinen, Rechenmaschinen, Drucker und Sortiermaschinen. Diese Fortschritte haben das Geschäft in Amerika und auf der ganzen Welt, insbesondere im Bankwesen, erheblich revolutioniert.

Es ist wichtig, dieses Erbe zu verstehen, da es mit den Ursprüngen von Solid State Drives (SSDs) zusammenhängt. IBM verfolgte bei der Lösung von Problemen einen sehr maschinentechnischen Ansatz. Sie untersuchten zunächst, wie sich das Problem mit einer mechanischen „Maschine“ lösen ließe, und überlegten dann, wie diese Maschine besser und schneller funktionieren könnte, indem sie Motoren, die von Fließbandsystemen in Fabriken abgeleitet wurden, und elektronische Röhren aus der Radio- und Fernsehindustrie hinzufügten.

Sie nutzten ihre hybriden elektro-mechanischen Maschinenlösungen und schufen einen Markt für Geschäftsmaschinen, der dem Unternehmen in den 1940er Jahren ein schnelles Wachstum ermöglichte.
Bald stellten sie jedoch fest, dass ihre Maschinen flexibler sein mussten. Bestimmte Dinge konnten sie gut machen, etwa eine lange Reihe einzelner Additionen oder einzelner Subtraktionen, aber das war es auch schon. Sie konnten keine Additionen, Subtraktionen, Multiplikationen, Divisionen oder Vergleiche in einer bestimmten gewünschten Kombination durchführen. Damals erkannte IBM, dass sie ihre Maschinen programmierbar machen mussten und dass dies der nächste große Durchbruch sein würde.

Damit einher ging ein Bedarf an Gedächtnis – sowohl vorübergehend als auch dauerhaft. Die einfachste Lösung bestand darin, das zu nutzen, was sie schon immer verwendet hatten – Papier. Sie entwickelten schnell Möglichkeiten, gelochte Papierkarten und gelochtes Papierband als Eingabe- und Ausgabespeicher zu verwenden und Tintendrucker zur Ausgabe der Ergebnisse zu verwenden.

Zur temporären Speicherung entwickelten sie Speicherarrays aus Reihen und Spalten diskreter Kondensatoren, die auf Platinen gelötet und mit dem röhrenbasierten Rechenrechner verbunden waren. Diese Papierspeichermethoden wurden in vielen frühen digitalen Systemen von Ende der 1940er bis Anfang der 1980er Jahre eingesetzt.

 

Diese papierbasierte Speichermethode hatte jedoch einen klaren Nachteil. Das Softwareprogramm und die Ausgangsdaten mussten bei jeder Ausführung in die Maschine geladen werden. Es war nicht genügend lokaler RAM vorhanden, um alle Programme oder Ausgabedaten aufzunehmen. Jahrzehntelang mussten Programmierer und Bediener einen Stapel Lochkarten oder Papierstreifenrollen in die Maschine laden, das Programm ausführen und die Ergebnisse in Form einer gedruckten Ausgabe erhalten. Bei Fehlern müsste der Vorgang wiederholt werden. Unnötig zu erwähnen. Es war kein sehr effizienter Prozess.

Aufgrund dieser Mängel musste IBM neue Speicheralternativen entwickeln. Die wichtigsten Methoden, die sich durchsetzten, basierten auf Magnetismus. Seit Mitte des 1800. Jahrhunderts war bekannt, dass bestimmte Erdferritmaterialien mit einem Elektromagneten magnetisiert und entmagnetisiert werden konnten. Nach langer Arbeit machte sich IBM diese Methode zunutze und entwickelte eine clevere Reihe „papieräquivalenter“ Systeme – Magnetstreifenkarten, Magnetband und Magnetplatte. Interessanterweise handelte es sich dabei immer noch um mechanische, motorunterstützte Rohrmaschinen, die „an der Peripherie“ der Hauptgeschäftsmaschine eingesetzt wurden. Ursprünglich war der Elektromagnet ein fester Kopf für alle diese Geräte. Später wurden die Köpfe der Scheiben beweglich gemacht, so wie es heute der Fall ist.

Diese Methoden haben die Flexibilität, Geschwindigkeit und Programmierbarkeit von Geschäftsmaschinen erheblich verbessert. Darüber hinaus entwickelte IBM Möglichkeiten zur Integration des Magnetband- und Magnetplattenspeichers, um nicht nur einen nichtflüchtigen Speicher für die Programmeingabe und -ausgabe bereitzustellen, sondern auch eine Möglichkeit zur Ergänzung des lokalen kapazitiven RAM bereitzustellen. Dies war ein bedeutender Fortschritt und setzte den Standard für die Verwendung von Festplatten in Systemen für die kommenden Jahre.

Mit dieser Weiterentwicklung konnten Computersysteme zum ersten Mal die Softwareprogramme behalten, wenn die Maschine vollständig ausgeschaltet war, und die Programmergebnisse dauerhaft speichern, ohne überhaupt Papier zu verwenden. Bald wurde Papier für alles andere als für Berichte abgeschafft. Der Schwerpunkt könnte nun auf der Verbesserung des Computersystems und insbesondere seines lokalen nichtflüchtigen Speichers liegen.

Mitte der 1950er Jahre, als der Transistor aus der IBM-Forschung hervorging, entwickelte IBM seinen ersten nichtflüchtigen Massenspeicher mit dem Namen Charged Capacitor Read Only Store (CCROS). Es war die erste echte SSD und der Vorgänger der heutigen EPROMS-, EEPROMS-, UVPROMS-, NVPROMS- und FLASH-Speichergeräte.

Fast zur gleichen Zeit wurde eine andere Solid-State-Laufwerksmethode entwickelt, die Magnetismus nutzt. Dies wurde Kernspeicher genannt und funktionierte durch die Magnetisierung einer Reihe kleiner Ferritkerne einzeln in der einen oder anderen Polarität. Diese Kerne mussten mit ruhiger Hand unter dem Mikroskop aus Kupferdraht aneinandergereiht werden.

Die Kernspeichertechnologie hat sich aufgrund ihrer überlegenen statischen Stabilität und Umgebungsstabilität durch den umfangreichen Einsatz der NASA für frühe Raumfahrtprogramme erheblich weiterentwickelt. Es ist immun gegen Strahlung, was bei der Verwendung im Weltraum ein großes Problem darstellte. Der gesamte in den Apollo-Missionscomputern verwendete Speicher basierte auf IBM-Kernspeichern.

Aufgrund seiner Zuverlässigkeit und Datenbeständigkeit wurde Kernspeicher bis 1990 auch in den meisten einsatzkritischen Verteidigungssystemen verwendet. Nach etwa 1990 war die kapazitivbasierte nichtflüchtige Speichertechnologie so weit fortgeschritten, dass sie ihre gespeicherten Daten praktisch unbegrenzt speichern konnte, was den Vorteilen entsprach, die der Core-Speicher schon lange bot.

Heutige SSDs bieten exponentiell mehr Speicher und Geschwindigkeit und entwickeln sich ständig weiter, da Fortschritte bei Speicher, Controllern und anderen Kernkomponenten auf den Markt kommen.

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